[科普中國(guó)]-海洋測(cè)繪

簡(jiǎn)介

占全球面積71%的海洋(面積約三億六千萬(wàn)平方公里)，蘊(yùn)藏著極為豐富的生物和礦產(chǎn)資源，隨著世界對(duì)海洋開發(fā)的迅猛發(fā)展和海上軍事活動(dòng)的日益加強(qiáng)，作為海上一切經(jīng)濟(jì)和軍事活動(dòng)基礎(chǔ)的海洋測(cè)繪，已處于一個(gè)新的發(fā)展、變革時(shí)期。其主要特點(diǎn)是：

1、海洋測(cè)繪的內(nèi)容與范圍不斷擴(kuò)大，測(cè)繪精度與可靠性比以往要求更高。如測(cè)繪工作范圍由近海淺水區(qū)向大洋深水區(qū)發(fā)展；從測(cè)量航海要素為主，發(fā)展到獲取各種專題要素的信息和建立海底地形模型的全部信息。

2、電子計(jì)算機(jī)和計(jì)算技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用，促使海洋測(cè)繪工作逐步由手工方式向自動(dòng)化方向轉(zhuǎn)化。如目前為海洋測(cè)量而建造的大型綜合測(cè)量船，可以同時(shí)獲得位置、水深底質(zhì)、重力、磁力、水文、氣象等資料。

3、新興科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，使海洋測(cè)繪手段更加多樣化。

以海洋水體和海底為對(duì)象所進(jìn)行的測(cè)量和海圖編制工作統(tǒng)稱為海洋測(cè)繪。它既是測(cè)繪科學(xué)的一個(gè)重要分支，又是一門涉及許多相關(guān)科學(xué)的一門綜合性學(xué)科，是陸地測(cè)繪方法在海洋的應(yīng)用與發(fā)展。

海洋測(cè)繪的主要內(nèi)容包括：海洋大地測(cè)量、海道測(cè)量、海底地形測(cè)量、海洋專題測(cè)量、以及航海圖、海底地形圖、各種海洋專題圖和海洋圖集等的編制。1

發(fā)展階段海洋測(cè)繪的發(fā)展大致可分3個(gè)階段：

①20世紀(jì)30～50年代中期，開始對(duì)海洋進(jìn)行地球物理測(cè)量，包括海洋地震測(cè)量、海洋重力測(cè)量等。這階段利用回聲探測(cè)數(shù)據(jù)繪制海底地形圖，揭示了海洋底部的地形地貌；利用雙折射地震法獲取大洋地殼的各種地球物理性質(zhì)，證明大洋地殼與大陸地殼有顯著的差異。

②1957～1970年，實(shí)施了國(guó)際地球物理年（1957～1958）、國(guó)際印度洋考察（1959～1965）、上地幔計(jì)劃（1962～1970）等國(guó)際科學(xué)考察活動(dòng)，發(fā)現(xiàn)了大洋中條帶磁異常，為海底擴(kuò)張說(shuō)提供了強(qiáng)有力的證據(jù)，揭示了大洋地殼向大陸地殼下面俯沖的現(xiàn)象，觀測(cè)了島弧海溝系地震震源機(jī)制。

③70年代以后，廣泛應(yīng)用電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)于海洋測(cè)繪中。

基本理論海洋測(cè)量的基本理論、技術(shù)方法和測(cè)量?jī)x器設(shè)備等，同陸地測(cè)量相比，有它自己的許多特點(diǎn)。主要是測(cè)量?jī)?nèi)容綜合性強(qiáng)，需多種儀器配合施測(cè)，同時(shí)完成多種觀測(cè)項(xiàng)目；測(cè)區(qū)條件比較復(fù)雜，海面受潮汐、氣象等影響起伏不定;大多為動(dòng)態(tài)作業(yè),測(cè)者不能用肉眼通視水域底部，精確測(cè)量難度較大。一般均采用無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)、電磁波測(cè)距儀器、水聲定位系統(tǒng)、衛(wèi)星組合導(dǎo)航系統(tǒng)、慣性導(dǎo)航組合系統(tǒng)，以及天文方法等進(jìn)行控制點(diǎn)的測(cè)定和測(cè)點(diǎn)的定位；采用水聲儀器、激光儀器，以及水下攝影測(cè)量方法等進(jìn)行水深測(cè)量和海底地形測(cè)量；采用衛(wèi)星技術(shù)、航空測(cè)量以及海洋重力測(cè)量和磁力測(cè)量等進(jìn)行海洋地球物理測(cè)量。

海圖編制的基本理論、方法和手段，同陸圖編制相似。

海洋測(cè)繪主要方法測(cè)量方法主要包括海洋地震測(cè)量、海洋重力測(cè)量、海洋磁力測(cè)量、海底熱流測(cè)量、海洋電法測(cè)量和海洋放射性測(cè)量。因海洋水體存在，須用海洋調(diào)查船和專門的測(cè)量?jī)x器進(jìn)行快速的連續(xù)觀測(cè)，一船多用，綜合考察。基本測(cè)量方式包括：①路線測(cè)量。即剖面測(cè)量。了解海區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造和地球物理場(chǎng)基本特征。②面積測(cè)量。按任務(wù)定的成圖比例尺，布置一定距離的測(cè)線網(wǎng)。比例尺越大，測(cè)網(wǎng)密度愈密。在海洋調(diào)查中，廣泛采用無(wú)線電定位系統(tǒng)和衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。

海洋測(cè)量的對(duì)象是海洋，而海洋與陸地的最大差別是海底以上覆蓋著一層動(dòng)蕩不定的、深淺不同的、所含各類生物和無(wú)機(jī)物質(zhì)有很大區(qū)別的水體。 2

由于這一水體的存在，使海洋測(cè)量在內(nèi)容、儀器、方法上有如下明顯不同于陸地測(cè)量的特點(diǎn)：由于這一水體，使目前海洋測(cè)量只能在海面航行或在?？诊w行中進(jìn)行工作，而難以在水下活動(dòng)。因而在海洋水域沒有居民地，也沒有固定的道路網(wǎng)，除淺海區(qū)外，也沒有植被。因此海洋測(cè)量的內(nèi)容主要是探測(cè)海底地貌和礁石、沉船等地物，而沒有陸地那樣的水系、居民地、道路網(wǎng)、植被等要素，而且海底地貌也比陸地地貌要簡(jiǎn)單得多，地貌單元巨大，很少有人類活動(dòng)的痕跡。但這并不是說(shuō)海洋測(cè)量比陸地測(cè)量要簡(jiǎn)單得多，相反，海洋測(cè)量在許多方面比陸地測(cè)量要困難。

首先，水體具有吸收光線和在不同界面上產(chǎn)生光線折射及反射等效應(yīng)，在陸地測(cè)量中常用的光學(xué)儀器，在海洋測(cè)量中使用很困難，航空攝影測(cè)量、衛(wèi)星遙感測(cè)量只局限在海水透明度很好的淺海域。海洋測(cè)深主要使用聲學(xué)儀器。但是超聲波在海水中的傳播速度隨海水的物理性質(zhì)，如海水鹽度和溫度等的變化而不同，這就增加了海洋測(cè)深的困難。

其次，由于水體的阻隔，肉眼難以通視海底，加上傳統(tǒng)的回聲測(cè)深只能沿測(cè)線測(cè)深，測(cè)線間則是測(cè)量的空白區(qū)，海底地形的詳測(cè)需要進(jìn)行加密，或采用全覆蓋的多波束測(cè)深系統(tǒng)，這就會(huì)大量地增加測(cè)量時(shí)間和經(jīng)費(fèi)。

再次，由于海水是動(dòng)蕩不定的，這為提高海洋測(cè)量的精確性造成極大的困難。
最后，目前海洋測(cè)量的載體主要是船舶，而船舶的續(xù)航力很有限，出測(cè)又受到天氣和海況的限制，全球海域又如此廣大，因此詳測(cè)全球海域需要漫長(zhǎng)的時(shí)日。

實(shí)用性任務(wù)關(guān)于海洋測(cè)量的實(shí)用性任務(wù)，主要指的是對(duì)各種不同的海洋發(fā)開工程，提供它們所需要的海洋測(cè)量服務(wù)工作。主要包括：海洋自認(rèn)資源的勘探和離岸工程；航運(yùn)；救援與航道；近岸工程；漁業(yè)捕撈；其他海底工程。3

歷史早在上古時(shí)代，人類在海上捕魚、航行，就產(chǎn)生了對(duì)海洋進(jìn)行測(cè)繪的需要。公元前 1世紀(jì)古希臘學(xué)者已經(jīng)能夠繪制表示海洋的地圖。公元 3世紀(jì)，中國(guó)魏晉時(shí)期，劉徽所著《海島算經(jīng)》中已有關(guān)于海島距離和高度的測(cè)量方法的內(nèi)容。1119年中國(guó)宋代朱彧所著《萍洲可談》記載：“舟師識(shí)地理，夜則觀星，晝則觀日，陰晦觀指南針或以十丈繩鉤取海底泥嗅之，便知所至?！闭f(shuō)明當(dāng)時(shí)已有測(cè)天定位和嗅泥推測(cè)船位的方法。

現(xiàn)存最早的直接為海上活動(dòng)服務(wù)的海圖，是1300年左右制作的地中海區(qū)域的“波特蘭”（航海方位）型航海圖。這種圖上繪有以幾個(gè)點(diǎn)為中心的羅經(jīng)方位線。15世紀(jì)中葉，中國(guó)航海家鄭和遠(yuǎn)航非洲，沿途進(jìn)行了一些水深測(cè)量和底質(zhì)探測(cè)，編制了航海圖集（見《鄭和航海圖》）。15、16世紀(jì)航海、探險(xiǎn)事業(yè)的活躍，大大促進(jìn)了海洋測(cè)繪的發(fā)展。1504年葡萄牙在編制海圖時(shí)，采用逐點(diǎn)注記的方法表示水深，這是現(xiàn)代航海圖表示海底地貌的基本方法的開端。1569年G.墨卡托采用等角正圓柱投影編制海圖。此方法被各國(guó)沿用至今。

17世紀(jì)以后，海洋測(cè)繪的范圍日益擴(kuò)大，航海圖的內(nèi)容不斷增加。18世紀(jì)歐洲許多國(guó)家相繼成立了海道測(cè)量機(jī)構(gòu)，開始對(duì)本國(guó)沿岸海區(qū)進(jìn)行系統(tǒng)的海道測(cè)量，編制了一系列航海圖。這一時(shí)期還出現(xiàn)了以等深線表示海底地貌的海圖。19世紀(jì)海洋測(cè)繪從沿岸海區(qū)向大洋發(fā)展，大洋測(cè)量資料的不斷增加，為編制世界大洋水深圖提供了條件。1899年在柏林召開的第 7屆國(guó)際地理學(xué)大會(huì)上決定出版《大洋地勢(shì)圖》，并于1903年出了第一版。20世紀(jì)20年代，在水深測(cè)量中開始使用回聲測(cè)深儀，大大提高了工作效率。

1921年國(guó)際海道測(cè)量局成立后，開展學(xué)術(shù)交流活動(dòng)，修訂《大洋地勢(shì)圖》，并陸續(xù)出版國(guó)際航海公用的《國(guó)際海圖》，促進(jìn)了國(guó)際合作。40年代開始，在海洋測(cè)繪中試驗(yàn)應(yīng)用航空攝影技術(shù)。50年代以來(lái)，海洋測(cè)繪在應(yīng)用新技術(shù)和擴(kuò)大研究?jī)?nèi)容方面又取得了重大的進(jìn)展。測(cè)深方面,除了使用單一波束的回聲測(cè)深儀外,已開始使用側(cè)掃聲吶和多波束測(cè)深系統(tǒng)，海洋遙感測(cè)深也取得初步成功。定位手段，由采用光學(xué)儀器發(fā)展到廣泛應(yīng)用電子定位儀器。定位精度由幾千米、幾百米提高到幾十米、幾米。測(cè)量數(shù)據(jù)的處理已經(jīng)采用電子計(jì)算機(jī)。

70年代以來(lái)，各主要臨海國(guó)家已有計(jì)劃地利用空間技術(shù)進(jìn)行海洋大地測(cè)量和各種海洋物理場(chǎng)的測(cè)量(如海洋磁力測(cè)量)。特別是應(yīng)用衛(wèi)星測(cè)高技術(shù)對(duì)海洋大地水準(zhǔn)面、重力異常、海洋環(huán)流、海洋潮汐等問(wèn)題進(jìn)行了比較詳細(xì)的探測(cè)和研究。在海圖成圖過(guò)程中已廣泛采用自動(dòng)坐標(biāo)儀定位、電子分色掃描、靜電復(fù)印和計(jì)算機(jī)輔助制圖等技術(shù)。海洋測(cè)量工作已從測(cè)量航海要素為主，發(fā)展到測(cè)量各種專題要素的信息和建立海底地形模型的全部信息。為此建造的大型綜合測(cè)量船可以同時(shí)獲得水深、底質(zhì)、重力、磁力、水文、氣象等資料。綜合性的自動(dòng)化測(cè)量設(shè)備也有所發(fā)展。例如1978年美國(guó)研制的960型海底繪圖系統(tǒng),就能夠搜集高分辨率的測(cè)深數(shù)據(jù)，探明沉船、墜落飛機(jī)等水下障礙物，以及底質(zhì)和淺層剖面數(shù)據(jù)等，并可同時(shí)進(jìn)行海底繪圖和水深測(cè)量、海底淺層剖面測(cè)量。海圖編制除普通航海圖的內(nèi)容更加完善外，還編制出各種專用航海圖（如羅蘭海圖、臺(tái)卡海圖）、海底地形圖、各種海洋專題圖（如海底底質(zhì)圖、海洋重力圖、海洋磁力圖、海洋水文圖），以及各種海洋圖集。4